Τι είναι το Laser;

Λίγα λόγια για την τεχνολογία Laser.

Διατάξεις για την ενίσχυση και την παραγωγή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε διάφορες περιοχές του φάσματος (ορατό φως, υπέρυθρο, υπεριώδες, ακτίνες Χ) με τη μέθοδο της εξαναγκασμένης εκπομπής ακτινοβολίας, δηλ. μ' ένα μηχανισμό διαφορετικό από αυτόν μιας κλασικής πηγής. Ο ορισμός αυτός εμπεριέχεται ήδη στην αγγλική ονομασία LΑSΕR, που αποτελεί τα αρχικά των λέξεων Light Αmρlificatiοn by Stimulated Εmissiοn οf Radiatiοn και η οποία σε ελληνική μετάφραση σημαίνει "ενίσχυση φωτός με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας". Ο ίδιος όρος χρησιμοποιείται και για το χαρακτηρισμό των ίδιων των ακτινοβολιών που εκπέμπουν οι διατάξεις αυτές (ακτίνες λέιζερ). Η τεχνική παραγωγής ακτίνων λέιζερ βασίζεται στην απορρόφηση φωτονίων από κατάλληλα υλικά (στερεά, υγρά ή αέρια), των οποίων τα άτομα, τα μόρια ή τα ιόντα βρίσκονται σε κατάσταση διέγερσης μέσω της πρόσληψης ενέργειας. Κατά τη μετάβαση των ηλεκτρονίων που περιβάλλουν τα άτομα από μια ανώτερη ενεργειακή στάθμη σε μια κατώτερη (αποδιέγερση), η προσληφθείσα επί πλέον ενέργεια αποβάλλεται υπό μορφή ακτινοβολίας. Η διαδικασία αυτή δεν γίνεται όμως αυθόρμητα, όπως στις κλασικές πηγές, αλλά με την επίδραση ενός εξωτερικού αιτίου, των φωτονίων που απορροφώνται, με αποτέλεσμα τα διεγερμένα άτομα κατά τη στιγμή της αποδιέγερσής τους να εκπέμψουν ακτινοβολία που έχει την ίδια φάση και την ίδια κατεύθυνση διάδοσης με αυτήν που έχουν προσλάβει. Αυτό έχει ως συνέπεια οι ακτίνες λέιζερ να έχουν μια σειρά από εξαιρετικές ιδιότητες, όπως είναι η ισχυρότατη έντασή και συνακόλουθα η τεράστια ισχύς τους, που μπορεί να φθάσει τα χιλιάδες δισεκατομ. Watt, η κατευθυντικότητα, η μονοχρωματικότητα, η διαμορφωσιμότητα (δηλ. η κατά βούληση διαμόρφωση της έντασης, της συχνότητας και της φάσης τους) και η πολύ μεγάλη ικανότητα εστίασής τους. Χάρη στις ιδιότητες αυτές, οι ακτίνες λέιζερ επιτρέπουν την κοπή, τη συγκόλληση, τη διάτρηση, τη λείανση της επιφάνειας και την εγχάραξη όλων σχεδόν των υλικών, συμπεριλαμβανομένων και των μετάλλων, καθώς και τη μετάδοση οπτικών μηνυμάτων χωρίς απώλειες. Ειδικότερα, η πολύ μεγάλη ικανότητα εστίασης που διαθέτουν κάνει δυνατή την εκτέλεση εργασιών σε πολύ μικρές επιφάνειες, όπως π.χ. τη διάτρηση ενός σώματος πάχους δεκάτων του χιλιοστού ή τη συγκόλληση δύο υλικών χωρίς να φαίνεται η ραφή.
Τα πρώτα λέιζερ κατασκευάσθηκαν το 1960 και τέσσερα χρόνια αργότερα ο αμερικανός φυσικός Τάουνς (Τοwnes) και οι σοβιετικοί Μπασόφ (Βasον) και Προκχόροφ (Ρrοkhοrον) τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για τις πρωτοποριακές τους έρευνες στον τομέα αυτόν. Έκτοτε και ιδιαίτερα μετά το 1970 η τεχνική των λέιζερ παρουσιάζει ραγδαία ανάπτυξη και μαζί με την μικροηλεκτρονική θεωρείται ο σημαντικότερος τομέας της σύγχρονης τεχνολογίας από την άποψη των πολυάριθμων και οικονομικά εκμεταλλεύσιμων εφαρμογών της. Κατά το διάστημα αυτό εξάλλου, ανάλογα με το υλικό που χρησιμοποιείται για την παραγωγή της ακτινοβολίας, έχουν αναπτυχθεί διάφορα είδη λέιζερ, από τα οποία τα σημαντικότερα όσον αφορά την πρακτική τους σπουδαιότητα είναι:
-Τα λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα, που χαρακτηρίζονται από υψηλότατη ένταση και χρησιμοποιούνται κυρίως στην κατεργασία των μετάλλων και σε διάφορους τομείς της ιατρικής.

- Τα λέιζερ αργού, που χρησιμοποιούνται ήδη από τη δεκαετία του 1960 για χειρουργικές επεμβάσεις στο μάτι.

- Τα λέιζερ ηλίου-νέου, που χρησιμοποιούνται στην καταπολέμηση των ρευματικών παθήσεων.

- Τα λέιζερ ημιαγωγών, που χρησιμοποιούνται στα C.D., όπου μια ακτίνα λέιζερ έχει αντικαταστήσει την κλασική βελόνα ανάγνωσης του δίσκου. Άλλες σημαντικές εφαρμογές τους είναι η μετάδοση μηνυμάτων μέσω οπτικών ινών και η κατασκευή μιας νέας γενιάς ταχύτατων και αθόρυβων εκτυπωτών, ενώ πολύ μεγάλες δυνατότητες παρέχουν και στην τρισδιάστατη απεικόνιση αντικειμένων.

- Τα λέιζερ νεοδυμίου, με μεγάλο εύρος εφαρμογών στην κατεργασία μετάλλων (χάραξη - αποτύπωση ) ιδιαίτερα στα ανοξείδωτα , στην ογκολογία και στις προσπάθειες που γίνονται για την επίτευξη της ελεγχόμενης πυρηνικής σύντηξης.

- Τα λέιζερ υγρών χρωστικών, που χρησιμοποιούνται στη φασματοσκοπία και αποτελούν ένα πολύτιμο εργαλείο της μοριακής και της ατομικής φυσικής.

- Τα λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων, που έχουν και τη μεγαλύτερη απόδοση εισερχόμενης-εξερχόμενης ακτινοβόλου ενέργειας σε σχέση με όλα τα υπόλοιπα. Χρησιμοποιούνται στη χημεία για τη διάσπαση των μορίων σε προκαθορισμένες θέσεις και για τη διερεύνηση των κρυσταλλικών δομών, ενώ είναι ιδανικά για την κατασκευή οπλικών συστημάτων κατευθυνόμενης ενέργειας, που μπορούν μάλιστα να τοποθετηθούν σε τεχνητούς δορυφόρους και να έχουν ως αποστολή την καταστροφή εχθρικών διηπειρωτικών πυραύλων. Σχετικές έρευνες έχουν γίνει στις Ην. Πολιτείες στο πλαίσιο του προγράμματος SDΙ.

- Τα λέιζερ ακτίνων Χ, που είναι και τα πλέον πρόσφατα και χρησιμοποιούνται κυρίως για τη μελέτη του κυττάρου στη βιολογία και για τη μελέτη των ιδιοτήτων των επιφανειών σε μοριακό επίπεδο στη φυσικοχημεία.

- Τα ΕΧCΙΜΕR λέιζερ, που είναι τα μόνα που εκπέμπουν υπεριώδη ακτινοβολία και είναι ως εκ τούτου ιδιαίτερα κατάλληλα για την κοπή και την κατεργασία των πλαστικών και για τη χάραξη μικροηλεκτρονικών κυκλωμάτων.

Σε γενικές γραμμές οι ακτίνες λέιζερ κατακτούν μέρα με τη μέρα ολοένα και μεγαλύτερο τμήμα της επιστημονικής έρευνας (βασικής και εφαρμοσμένης), της βιομηχανικής παραγωγής, αλλά και της αγοράς.

Εκτός από τις πολυάριθμες χρήσεις τους στην ιατρική, μερικές από τις νεότατες, μετά το 1990, ερευνητικές προσπάθειες και εφαρμογές των ακτίνων λέιζερ είναι:

- Η προστασία των μεταλλικών τμημάτων διαφόρων κατασκευών από τη διάβρωση. Η τεχνική βασίζεται σε μια θερμική διαδικασία, κατά τη διάρκεια της οποίας μια δέσμη λέιζερ προκαλεί σε κλάσματα του δευτερολέπτου την τήξη μιας προστατευτικής σκόνης, που επικάθεται στη συνέχεια πάνω στο μέταλλο δημιουργώντας ένα λεπτότατο, αλλά εξαιρετικά ανθεκτικό προστατευτικό στρώμα.

- Η χρήση επίγειων λέιζερ για την προώθηση διαστημοπλοίων. Από τη ΝΑSΑ γίνονται έρευνες για την ανάπτυξη ενός διαστημικού οχήματος που θα τίθεται σε τροχιά με τη βοήθεια μιας ισχυρότατης πηγής λέιζερ, τοποθετημένης στο έδαφος. Το σύστημα αυτό έχει το πλεονέκτημα η ενέργεια προώθησης να παρέχεται από τη Γη και να μη μεταφέρεται από το ίδιο το όχημα εις βάρος του ωφέλιμού του φορτίου.

- Η χρήση υπέρυθρης ακτινοβολίας λέιζερ για τον εντοπισμό ρυπογόνων ουσιών. Πρόκειται για ένα σύστημα που αναπτύχθηκε ταυτόχρονα στη Μ. Βρετανία και την Καλιφόρνια των Ην. Πολιτειών και το οποίο είναι σε θέση να εντοπίζει με μεγάλη ακρίβεια στην ατμόσφαιρα ρυπογόνες ουσίες, όπως μεθάνιο, μονοξείδιο και διοξείδιο του άνθρακα, υδρόθειο κ.λπ., από απόσταση μέχρι και 3 χλμ.

- Πειράματα με λέιζερ για την επίτευξη της ελεγχόμενης πυρηνικής σύντηξης. Μία από τις δυνατές λύσεις για το πρόβλημα αυτό, που απασχολεί εδώ και πολλές δεκαετίες τους φυσικούς, είναι η σύνθλιψη σφαιριδίων πυρηνικού καυσίμου με τη χρήση λέιζερ ακτίνων Χ. Σ' ένα πρόσφατο πείραμα που έγινε στις Η.Π.Α., 24 δέσμες ενός συστήματος λέιζερ εστιάστηκαν σε ένα σφαιρίδιο καυσίμου μεγέθους τυπογραφικού στίγματος, με ενθαρρυντικά όσον αφορά το βαθμό απόδοσης αποτελέσματα.

- Εφαρμογές στη γεωπονία. Με τη βοήθεια ακτίνων λέιζερ που "σαρώνουν" τις φυτείες, εντοπίζονται ελλείψεις οργανικών συστατικών στα φυτά, οι οποίες δεν είναι ορατές με γυμνό μάτι.

- Οι οπτικές κάρτες λέιζερ. Πρόκειται για πιστωτικές ή άλλου είδους κάρτες, στις οποίες η αποθήκευση των δεδομένων γίνεται με χρήση οπτικών μεθόδων που βασίζονται στη τεχνική λέιζερ. Οι κάρτες αυτές διαθέτουν μνήμες εκατοντάδες φορές μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες των λεγόμενων έξυπνων καρτών, που διαθέτουν τσιπ μνήμης, και επιπλέον αποκλείουν τη δυνατότητα υποκλοπής ή πλαστογράφησης των πληροφοριών τους. Είναι σε χρήση ήδη στην Ιαπωνία από τράπεζες και στη Μ. Βρετανία στον τομέα των τηλεπικοινωνιών.

Οι εφαρμογές των ακτίνων λέιζερ έχουν αναπτυχθεί κατά την τελευταία εικοσαετία με γεωμετρική πρόοδο και αγκαλιάζουν ένα ευρύτατο πεδίο: από την πολεμική βιομηχανία και την αεροδιαστημική , την χάραξη και κοπή μετάλλων και πολλών άλλων υλικών έως αντικείμενα και συσκευές της καθημερινής ζωής, όπως είναι οι οπτικές κάρτες λέιζερ και τα ηχοσυστήματα Compact Disk (CD). Εκτός, όμως, από την τεχνολογία, σημαντικότατη είναι η προσφορά τους και στην ιατρική, όπου αποτελούν ένα σύγχρονο εργαλείο θεραπευτικής παρέμβασης μεγάλης πιστότητας και ακρίβειας στο χειρισμό, το οποίο έχει μειώσει σε πολλές παθήσεις τόσο τον πόνο όσο και το χρόνο θεραπείας. Επιπλέον, οι ακτίνες λέιζερ έχουν δώσει λύσεις σε πολλές περιπτώσεις που η κλασική χειρουργική αδυνατούσε να αντιμετωπίσει αποτελεσματικά.

πηγή: LASERMARK.GR

https://www.youtube.com/watch?v=NYmEeXE89Ow

https://www.youtube.com/watch?v=A_E5v83noFQ

https://www.youtube.com/watch?v=bAUh7eLbY04

https://www.youtube.com/watch?v=UeGVbtrrHjE

https://www.youtube.com/watch?v=0rI0rxIz4KM